§14. Поняття про штучні й синтетичні волокна

Людина довгий час широко використовує природні волокнисті матеріали із льону, бавовни, коноплі, вовни для виготовлення одягу й різних виробів домашнього вжитку. Однак їх стало недостатньо, щоб задовільнити зростаючі потреби. Виникла потреба в отриманні волокон хімічним способом.

Розрізняють природні (натуральні) та хімічні волокна.

Природні  волокна

Серед природних волокон розрізняють волокна рослинного, тваринного і мінерального походження.

Рослинними називають волокна утворені  у стеблах, листі (льону, коноплі), у насінні (бавовнику) рослин. Їхня основа – целюлоза. Рослинні волокна мають хороші механічні властивості.

Тваринними волокнами є білкові полімери (вовна, шовкові нитки – виділення тутового шовкопряда). Вовняне волокно високоеластичне, має високі теплоізоляційні властивості, шовкове – характерний блиск і міцність.

Мінеральне волокно – азбестове. Із нього виготовляють фільти, брезент, тканини для захисного одягу, шифер, спеціальні папір і картон, тепло- та ізоляційні покриття.

Хімічні волокна

Це такі, в процесі виробництва яких використовують хімічні методи.

Хімічні волокна бувають штучні і синтетичні. У промисловості добувають волокна обома способами.

Волокна, добуті хімічною переробкою природних полімерів, називають штучними (сировина – целюлоза, бавовняний пух).

Волокна добуті із синтезованих полімерів називають синтетичними (сировина: бензен, фенол, етилен, ацетилен, циклогексан).

Хімічні волокна добувають із деяких полімерів лінійної будови. Ці полімери спочатку розплавляють або розчиняють в органічних розчинниках, а потім пропускають  утворену рідину крізь дуже малі отвори. При цьому утворюються довгі й тонкі нитки. Можна добути полімер синтетичним способом, а потім укласти в ньому молекули в потрібному порядку.

Штучні волокна

Найважливішими штучними волокнами є віскозне й ацетатне. Як вихідний природний полімер для утворення штучних волокон беруть целюлозу, виділену з деревини, або бавовняний пух, який залишається на насінині після того, як з нього знімуть волокна бавовни. Спочатку із целюлози готують розчин. Для цього целюлозу розчиняють у розчинниках. У залежності від того, які розчинники використовують, добувають різні волокна: віскозні, ацетатні, мідно-аміачні, штапельні, казеїнові. Гігроскопічність штучних волокон невелика, але вони досить міцні.

Ацетатне волокно. При взаємодії целюлози з оцтовою кислотою в присутності сульфатної кислоти добувають спочатку триацетат целюлозу, яку потім розчиняють у суміші дихлоретану та етанолу. Утворений в’язкий розчин продавлюють через фільєри – металічні ковпачки з численними отворами, цівки розчину опускаються в шахту, через яку протитечією проходить нагріте повітря. У результаті цього розчинник випаровується й утворюються тонкі нитки, з яких методом прядіння виготовляють ацетатний шовк.

Ацетатне волокно досить міцне, м’яке, майже не збігається під час прання, мало мнеться, має приємний блиск, низьку теплопровідність, тому добре зберігає тепло. Недолік той, що менш гігроскопічне ніж бавовна й накопичує статичні електричні заряди. З ацетатного волокна виготовляють білизну, дитячий одяг, сукні, чоловічі сорочки. Його використовують також як ізоляційний матеріал. Першу таку тканину добув француз Шардане у 1889 році.

Віскозне волокно добувають із целюлози, яку обробляють розчином лугу й сірковуглецю. Тканина із віскозного волокна приємна на дотик, м’яка, гігроскопічна, легко й рівномірно зафарбовується, крізь неї добре проникає повітря.

Синтетичні волокна

З розвитком промисловості виникла потреба у нових волокнах, які були б механічно міцні, термостійкі, витримували б агресивні середовища. У 30-х роках XX століття були розроблені методи синтезу волокноутворюючих полімерів, а в 40-х роках виготовили перші синтетичні волокна.

До синтетичних волокон належать: поліамідні (капрон, найлон, енант), поліестерні (лавсан), поліакрилонітрильні (нітрон), поліолефінові та інші, які отримують фізико-хімічною переробкою низько та високомолекулярних синтетичних сполук – продуктів переробки нафти, природного газу, камяного вугілля та ін.

Найбільш поширеним є волокно капрон. Добувають його із капролактаму. Розплавлену смолу пропускають крізь фільєри. Цівки смоли охолоджують, їх витягують й добувають волокно.

Волокно має високу механічну міцність (не поступається сталі), хімічну стійкість, високу еластичність, стійкість до стирання, стійкість до багаторазового згинання, не вбирає вологи, тому не гниє.

Недоліком є недостатня термічна стійкість (при +250ºС  плавиться). Не стійке до дії концентрованих кислот.

Капрон використовують для виготовлення блуз, шкарпеток, шарфів, штучного хутра, килимових виробів, рибальських сіток. У техніці із капрону виготовляють кордну тканину, яка служить каркасом для авто- і авіапокришок, фільтрувальні матеріали. Із капронової смоли виготовляють стійкі до спрацювання деталі для машин та механізмів. Капронові нитки використовують як швейний матеріал в хірургії. Нитки дуже легкі. Нитка довжиною 9 км важить лише 1 г.

Волокно нітрон має високу міцність, еластичність, низьку теплопровідність, високу світлостійкість. Нітрон стійкий до кислот, але розкладається концентрованими розчинами лугів. Із волокна виготовляють тканини для костюмів, штучного хутра з пухнастим ворсом, килимові покриття.

Лавсан нагадує вовну, але є міцнішим. Вироби із нього не потребують прасування. Лавсан руйнується кислотами і лугами, але стійкий до органічних розчинників. Нитки із лавсану використовують у сумішах  із бавовною, вовною і льоном для покращення їх якості. Лавсан використовують для виготовлення трикотажу, декоративних тканин, штучного хутра, електроізоляційних матеріалів, бензино- нафтостійких шлангів, виробництві шин.

Крім названих волокон виготовляють волокна спеціального призначення: термостійкі, жаростійкі, надміцні, біологічно активні, бактерицидні, напівпровідникові, йоннообмінні та інші. Наприклад: перлон – волокно міцніше за металічний дріт, витримує 30 тисяч згинів (дріт – 20-30 згинів); хлорін – волокно високої хімічної стійкості, воно не горить, на нього не діють луги, кислоти. Волокно використовують для виготовлення матеріалів технічного застосування. Наприклад, фільтрувальних тканин і прокладок в хімічних апаратах; для виготовлення спецодягу, лікувальної білизни.

Еластан (поліуретанове волокно) високоеластичне, але чутливе  до дії світла, швидко тьмяніє, тому його добавляють до багатьох тканин для покращення їх якості.

Синтетичне волокно «Лола» не горить при температурі +1200ºС, а лише розжарюється, стійке до кислот й розчинників. Його використовують для виготовлення вогнезахисного одягу. Термостійке волокно «Армід» витримує температуру +300ºС, +400ºС, не горить, не плавиться, стійке до радіаційного й ультрафіолетового випромінення.

Біологічно активні волокна здатні захищати організм людини від дії мікроорганізмів або проявляти лікувальні властивості. Якщо в полімер ввести антибіотики, то добувають бактерицидні волокна, з яких виготовляють марлю, серветки, білизну, протези трубчастих органів. Волокна, які випромінюють радіоактивні ізотопи використовують для лікування деяких шкірних захворювань. Гемоактивні – для зупинки кровотечі. Виготовляють знеболюючі, протизапальні, термостійкі волокна, волокна які не горять та інші.

Хімічних волокон відомо більше 600 тисяч з яких 60 тисяч добувають в промислових масштабах.

Лабораторна робота 6. Ознайомлення зі зразками натуральних, штучних і синтетичних волокон

Розгляньте зразки волокон і тканин із них: шовк, вовну, бавовну, капрон, лавсан, шовк ацетатний і віскозний, чим відрізняються волокна за зовнішнім виглядом? Чи зминаються тканини? Намочіть зразки. Чи вбирають вони вологу? Зробіть висновки. Перевірте їх еластичність, визначте колір, блиск. Затисніть невеличкий шматок волокна в пінцеті чи тримачі для пробірок і підпаліть. Зверніть увагу на швидкість спалахування, характер горіння,запах продуктів горіння та залишок після припинення горіння. Укажіть переваги і недоліки кожного типу волокон. До якої групи належить кожен зразок?

Результати досліджень оформіть у робочих зошитах у вигляді таблиці:

Пов'язані публікації:

§46. Природні й синтетичні органічні сполуки §18. Поняття по синтетичні лікарські засоби §13. Синтетичні каучуки і ґума §12. Органічні речовини, як основа сучасних матеріалів. Пластмаси §4. Органічні речовини в живій природі. Рівні структурної організації органічних речовин §23. Склад мила, його мийна дія. Понятта про синтетичні мийні засоби, їх види, охорона довкілля від забруднення ними